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北京約克儀器技術(shù)開發(fā)有限責(zé)任公司

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流量儀表在節(jié)能監(jiān)測中的重要作用

2020-03-11

流量儀表就是我們常見的流量計,主要應(yīng)用在工業(yè)生產(chǎn)過程、環(huán)境保護(hù)、生物技術(shù)及能源計量等領(lǐng)域。近年來能源總耗泛濫,節(jié)能降耗已經(jīng)是經(jīng)濟(jì)建設(shè)中的重中之重。那么流量儀表主要在節(jié)能監(jiān)測上起到什么作用呢?

 

一、節(jié)能降耗已列為國家的重中之重

過去十年,我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)發(fā)展迅速,但這是以高耗能為代價的,我國每百萬美元產(chǎn)值的產(chǎn)品耗能達(dá)到1274噸標(biāo)準(zhǔn)煤,為水平的2.4倍;美國的2.5倍;歐盟的4.9倍;日本的8.7倍,這個數(shù)量無論從資源、生產(chǎn),還是從環(huán)保、安全、運輸各方面考慮,都是難以為繼的。中央已下蕞大的決心,把節(jié)能降耗作為經(jīng)濟(jì)建設(shè)中的重中之重。我國工業(yè)能耗占總能源的68%,人民生活耗能僅占11.4%,因此節(jié)能的重點應(yīng)放在工業(yè)上,特別是高耗能產(chǎn)業(yè),如電力、冶金、鋼鐵、石化、建材、運輸……

二、流量儀表在節(jié)能監(jiān)測中的重要作用

過去的事實說明了,僅僅是自上而下地宣傳節(jié)能降耗是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的,必需將節(jié)能指標(biāo)落實到地方與企業(yè)的主要領(lǐng)導(dǎo),且列入政績,才可能引起重視。而是否達(dá)到了指標(biāo),則必需采取科學(xué)的態(tài)變,通過儀表的監(jiān)測用數(shù)字來評估節(jié)能的效果。為此,中央責(zé)成有關(guān)部門制定了國標(biāo)GB17167-2006,即用能單位能源計量器具配備和管理通則并已于200711日公布實施。GB17167-2006中的五條(4.3.24.3.34.3.44.3.54.3.8)為強(qiáng)制條款,核心內(nèi)容為:凡用能達(dá)到一定規(guī)模的單位和設(shè)備都必需安裝能源監(jiān)測儀表,而且對用能的大小,監(jiān)測儀表的種類及準(zhǔn)確度等級都做了明確的規(guī)定。

在能源監(jiān)測儀表中,除電能用電表、固態(tài)煤用稱重儀表外,其他氣態(tài)、液態(tài)能源(如原油、成品油、重油、渣油、天然氣、液化氣、煤氣……)及載能工質(zhì)(水、蒸汽)都必需采用流量儀表。即使對于固態(tài)能源煤,在流程工業(yè)連續(xù)作業(yè)時,也可采用沖板式流量計,或氣固二相微波流量計。因此,流量儀表在能源監(jiān)測儀表中具有舉足輕重、無法替代的重要地位。

三、用于能源監(jiān)測流量儀表的特點

影響流量儀表的因素較多,為適應(yīng)這些要求,流量儀表的類型也多達(dá)200種左右,如何合理選用,并非舉手之勞。本文限于篇幅,略去一般選型原則,重點談一下在能源監(jiān)測中應(yīng)注意的二個問題:

1、準(zhǔn)確度:在能源監(jiān)測中,流量儀表的準(zhǔn)確應(yīng)放在重要的位置上,GB17167為此也作了合理、明確的規(guī)定。既然要求對節(jié)能降耗的效果,進(jìn)行準(zhǔn)確的量化,用數(shù)字說明問題,流量儀表則應(yīng)具有必要的準(zhǔn)確度,否則如準(zhǔn)確度低,知之渺渺,對節(jié)能效果不甚了解,何以正確評估?又如何對癥下藥改進(jìn)節(jié)能措施?當(dāng)然,也并非越準(zhǔn)確越好,準(zhǔn)確度高的儀表價格都較昂貴,還是應(yīng)針對監(jiān)測對象,實事求是地合理選定,如測油品的儀表準(zhǔn)確度應(yīng)不小于0.5~1級;測氣體能源為2~2.5級;測載能工質(zhì)(水、水蒸汽)也可低至2~2.5級。

2、永jiu壓損:流量儀表是評估節(jié)能降耗的重要工具,而其本身不僅不節(jié)能,還將耗能。這是由于當(dāng)流體流經(jīng)儀表中阻力件時將產(chǎn)生漩渦,如同機(jī)械運動中的摩擦一樣,以減小流體壓力形式消耗能量。有些儀表如文丘利、超聲、電磁等雖無阻力件,流體也會與儀表壁面產(chǎn)生摩擦,產(chǎn)生較小一些的壓損。為維持工藝流程正常的運行,必須加大泵(或風(fēng)機(jī))的動力。這是由于安裝流量儀表所引起的附加運行費,這筆費用因儀表結(jié)構(gòu)不同會有較大差異,選擇流量儀表進(jìn)行節(jié)能評估,當(dāng)然應(yīng)選擇那些壓損小,耗能、年運行費低一些的儀表,言清行濁,適得其反當(dāng)然不是人們期望的。

以下計算了三種流量儀表(孔板、內(nèi)錐、均速管)在不同管徑下的壓損,能耗及年運行費(計算略去),從表1所列數(shù)據(jù)可知,流量儀表因壓損所需的年運行費不可忽視,是一個應(yīng)引起重視的問題!

3、說明:表1的計算,假設(shè)了一些條件,如:流量按平均流速25m/s,介質(zhì)為空氣,溫度20,壓力102kpa,風(fēng)機(jī)效率為0.85,每年工作為365小時,每天工作24小時,電費每千瓦小時0.8元。孔板β0.62;內(nèi)錐β0.7,參數(shù)如有變化,耗能及年運行費也有所不同,因此表1的數(shù)據(jù)只能對三種儀表的耗能,運行費做定性的評估。

四、幾種能源監(jiān)測流量儀表的比較

1、節(jié)流裝置:基于節(jié)流產(chǎn)生差壓,測差壓的平方根可知流量大小。長期以來這類儀表由于可承受惡劣的工況,且已有標(biāo)準(zhǔn)作依據(jù),曾占據(jù)了流量儀表的60~70%市場,類型多達(dá)二、三十種。

經(jīng)典式:已建立、國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn),以孔板、噴咀、文丘利為代表,其中孔板如表1所示,壓損較大,噴咀多用于測蒸汽,壓損僅次于孔板(見圖1)。當(dāng)管徑大于0.3米時,建議不再選用,文丘利管壓損雖較小,但體積龐大,耗費大量高耗能鋼材,制造、運輸都非易事,選用也應(yīng)慎重。

內(nèi)錐:近3~5年內(nèi)宣傳力度很大,被認(rèn)為是一種壓損小、準(zhǔn)確度高,幾乎不要求直管段的儀表,其壓損在不同β(1),僅次于孔板,比噴咀略高,并不是節(jié)能儀表;其準(zhǔn)確度有人做過標(biāo)定*1,在大管徑下(D>300mm);流出系數(shù)的分散度約為5%。其主要優(yōu)點是采取了環(huán)形通道,具有整流效果,因而要求直管段長度較其他節(jié)流裝置小得多,在管徑日益增大,現(xiàn)場難以滿足流量儀表所需的直管段長度,還是一個應(yīng)肯定的突出優(yōu)點。

低壓損管(lo-loss)相關(guān)資料公布已三十年,類似縮短了的文丘利管,主要特點是永jiu壓損小。

梭式*2:取內(nèi)錐、低壓損管二者之所長,具有環(huán)形通道可縮短前直管段長度的優(yōu)點;又具有lo-loss管節(jié)流后壓力恢復(fù)的功能,為專li產(chǎn)品。

2、插入式:結(jié)構(gòu)簡單,安裝方便,價廉,且可不斷流裝折,但準(zhǔn)確度較低,僅適用于大管道流量檢測,在能源監(jiān)測中可用于準(zhǔn)確度要求不高的場合。

測點速:通過測管道中一點的流速推算流量的儀表,如雙文丘利管;插入式渦街、渦輪、電磁,皮托管。據(jù)ISO7145評估,準(zhǔn)確度為±3%,如直管段不足30D,準(zhǔn)確度將低于±5%*3

近在市場上推出一種類似變形皮托管的測管,蕞大優(yōu)點是不易堵塞,在管道上方安放三支,每支需用一個差壓變送器,價格較貴。據(jù)稱按ISO3966設(shè)計,但并未達(dá)到該標(biāo)準(zhǔn)所要求在橫截面上安排20個測點的要求。有關(guān)文章對其做了誤差分析*4,并未考慮到速度分布不理想時,影響準(zhǔn)確度蕞大的干擾系數(shù)γ*5。因此,測量誤差將會超出±3%

測徑向多點流速:典型的儀表為均速管,由于測點多,準(zhǔn)確度可優(yōu)于測點速的插入式流量計。通常僅測橫截面直徑方向上的多點流速,在需提高準(zhǔn)確度時,也可插互成900的二支均速管,則更符合ISO3966的測點要求。

3、無阻力件流量儀表。這類儀表的特點是機(jī)械結(jié)構(gòu)簡單,管道內(nèi)無任何阻力件,壓損小、準(zhǔn)確高,是蕞有發(fā)展?jié)摿Φ牧髁績x表,如超聲、科氏、電磁、近五年市場年增長率分別達(dá)到10.4%6.9%2.4%

電磁:在流量儀表市場中雖居*,但僅可測電導(dǎo)率大于10-5S/cm的流體,不能測油品及天然氣等能源,只能測載能工質(zhì)水。

科氏:管內(nèi)雖無阻力件,但要求流體在儀表中流向轉(zhuǎn)1800,因此壓損較大,準(zhǔn)確度可高達(dá)±0.5%以上,管徑目前均小于0.25米,可用于貿(mào)易核算要求精確計量的場合。

超聲:可用于多種流體,準(zhǔn)確度可高達(dá)±0.5%,壓損小,量程比大,國內(nèi)外已制定相關(guān)標(biāo)準(zhǔn),是蕞理想的能源監(jiān)測儀表。目前除價格較貴影響選用外,據(jù)用戶反映,在現(xiàn)場應(yīng)用中、抗噪聲性能還有待進(jìn)一步改善。

五、小結(jié)

1儀表選型應(yīng)全面、理性。本文從能源監(jiān)測的角度出發(fā),強(qiáng)調(diào)了流量儀表具有準(zhǔn)確度高、永jiu壓損小,價格低廉的幾個特點。從上所述,目前還沒有十全十美的儀表,有些儀表如孔板、科氏、容積式、雖然壓損大,但也有特點,或是有標(biāo)準(zhǔn)可遵循(如孔板)、或是準(zhǔn)確較高,當(dāng)管徑不大時,壓損的問題也并不突出,不必因噎廢食。因此,選型應(yīng)全面,綜合考慮,過分地夸大或貶低某一種儀表都是片面、不可取的。

2、發(fā)展趨勢:目前流量儀表有很多類型,處于一種春秋戰(zhàn)國的狀態(tài),但科技在飛速的發(fā)展,新型儀表如電磁、超聲、科氏,以其結(jié)構(gòu)簡單,功能完善,日益受到用戶的青睞。經(jīng)典式(孔板、噴咀、文丘利)或因壓損大,要求直管段過長難以滿足等缺點,市場發(fā)展呈下降趨勢,年增長率為-2.3%新的節(jié)流裝置也在不斷地涌現(xiàn),所以新型流量儀表取代經(jīng)典式傳統(tǒng)儀表將是一個較漫長的過程,并非一朝一夕之事。

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